JP7423943B2 - Control method and robot system - Google Patents
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Description
本発明は、制御方法およびロボットシステムに関する。 The present invention relates to a control method and a robot system.
例えば特許文献１には、ロボットアームおよび力センサーを有するロボットをインピーダンス制御するインピーダンスパラメータ調整装置が開示されている。ユーザーが、ロボットの動作を所望の動作にするために、インピーダンスパラメータ調整装置に対してパラメータを入力、設定することにより、インピーダンスパラメータが決定する。そして、インピーダンスパラメータ調整装置がそのインピーダンスパラメータでロボットをインピーダンス制御する。
For example,
しかしながら、ユーザーが入力したインピーダンスパラメータが適切ではなかった場合、ロボットアームが受ける外力によってはロボットが意図した方向とは異なる方向に移動することがある。 However, if the impedance parameters input by the user are not appropriate, the robot may move in a direction different from the intended direction depending on the external force that the robot arm receives.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下のものとして実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as follows.
本発明の制御方法は、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端側に設置されるエンドエフェクターと、前記ロボットアームに加わる力を検出する検出部と、前記ロボットアームの先端側に設定された制御点の速度の情報および加速度の情報を取得する取得部、とを備えるロボットの前記制御点が、第１位置から第２位置に移動するように、動作プログラムに基づいて前記ロボットアームに対して力制御を行う制御方法であって、
前記力制御を行っている際、前記ロボットアームが外力を受けることによって、前記制御点が前記第２位置から前記第１位置に向かって移動する跳ね返り状態が生じたか否かを判定する判定ステップを有し、
前記判定ステップでは、以下の条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足した場合、前記跳ね返り状態が生じたと判定し、前記条件Ａ、前記条件Ｂおよび前記条件Ｃの１つでも満足しない場合、前記跳ね返り状態が生じていないと判定することを特徴とする。
条件Ａ：前記制御点の前記第１位置から前記第２位置に向かう方向の速度成分が第１閾値よりも小さい。
条件Ｂ：前記制御点の前記第１位置から前記第２位置に向かう方向の加速度成分が第２閾値よりも小さい。
条件Ｃ：前記第２位置から前記第１位置に向かう方向の力成分の大きさが第３閾値よりも大きい。
The control method of the present invention includes a robot arm, an end effector installed on the tip side of the robot arm, a detection unit that detects a force applied to the robot arm, and a control point set on the tip side of the robot arm. an acquisition unit that acquires velocity information and acceleration information of the robot; and a force control unit for the robot arm based on an operation program so that the control point of the robot moves from a first position to a second position. A control method that performs
A determination step of determining whether or not a rebound state in which the control point moves from the second position toward the first position occurs due to the robot arm receiving an external force while performing the force control. have,
In the determination step, if the following conditions A, B, and C are satisfied, it is determined that the rebound state has occurred, and if any of the conditions A, B, and C are not satisfied, the rebound state is determined to have occurred. It is characterized by determining that the condition has not occurred.
Condition A: A velocity component of the control point in a direction from the first position to the second position is smaller than the first threshold.
Condition B: An acceleration component of the control point in a direction from the first position to the second position is smaller than the second threshold.
Condition C: The magnitude of the force component in the direction from the second position toward the first position is greater than the third threshold.
本発明のロボットシステムは、ロボットアームと、
前記ロボットアームの先端側に設置されるエンドエフェクターと、
前記ロボットアームに加わる力を検出する検出部と、
前記ロボットアームの先端側に設定された制御点の速度の情報および加速度の情報を取得する取得部と、
前記制御点が第１位置から第２位置に移動するように、動作プログラムに基づいて前記ロボットアームに対して力制御を行う制御部と、
前記力制御を行っている際、前記ロボットアームが外力を受けることによって、前記制御点が前記第２位置から前記第１位置に向かって移動する跳ね返り状態が生じたか否かを判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、以下の条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足した場合、前記跳ね返り状態が生じたと判定し、前記条件Ａ、前記条件Ｂおよび前記条件Ｃの１つでも満足しない場合、前記跳ね返り状態が生じていないと判定することを特徴とする。
条件Ａ：前記制御点の前記第１位置から前記第２位置に向かう方向の速度成分が第１閾値よりも小さい。
条件Ｂ：前記制御点の前記第１位置から前記第２位置に向かう方向の加速度成分が第２閾値よりも小さい。
条件Ｃ：前記第２位置から前記第１位置に向かう方向の力成分の大きさが第３閾値よりも大きい。
The robot system of the present invention includes a robot arm,
an end effector installed on the tip side of the robot arm;
a detection unit that detects a force applied to the robot arm;
an acquisition unit that acquires velocity information and acceleration information of a control point set on the tip side of the robot arm;
a control unit that performs force control on the robot arm based on an operation program so that the control point moves from a first position to a second position;
a determining unit that determines whether or not a rebound state in which the control point moves from the second position toward the first position occurs due to the robot arm receiving an external force during the force control; , comprising:
The determination unit determines that the rebound state has occurred when the following conditions A, B, and C are satisfied, and determines that the rebound state has occurred when any one of the conditions A, B, and C is not satisfied. It is characterized by determining that the condition has not occurred.
Condition A: A velocity component of the control point in a direction from the first position to the second position is smaller than the first threshold.
Condition B: An acceleration component of the control point in a direction from the first position to the second position is smaller than the second threshold.
Condition C: The magnitude of the force component in the direction from the second position toward the first position is greater than the third threshold.
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態のロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示す制御装置がロボットアームに対して力制御を行っている状態を示す側面図である。図４は、図１に示す制御装置がロボットアームに対して力制御を行っている状態を示す側面図であって、跳ね返り状態が生じている様子を示す図である。図５は、図１に示す判定装置を示す回路図である。図６は、力制御が行われているロボットアームの制御点の目標位置と時間との関係を示すグラフである。図７は、力制御が行われているロボットアームの速度と、時間との関係を示すグラフである。図８は、力制御が行われているロボットアームの加速度と、時間との関係を示すグラフである。図９は、力制御が行われているロボットアームに加わった力と、時間との関係を示すグラフである。図１０は、力制御が行われているロボットアームの情報のログを示す表である。図１１は、図１に示す制御装置が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。図１２および図１３は、ディスプレイに表示される表示の一例を示す図である。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a robot system according to a first embodiment. FIG. 2 is a block diagram of the robot system shown in FIG. 1. FIG. 3 is a side view showing a state in which the control device shown in FIG. 1 is performing force control on the robot arm. FIG. 4 is a side view showing a state in which the control device shown in FIG. 1 is performing force control on the robot arm, and is a diagram showing a state in which a rebound state occurs. FIG. 5 is a circuit diagram showing the determination device shown in FIG. 1. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the target position of the control point of the robot arm under force control and time. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the speed of a robot arm under force control and time. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the acceleration of a robot arm under force control and time. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the force applied to the robot arm under force control and time. FIG. 10 is a table showing a log of information on the robot arm under force control. FIG. 11 is a flowchart for explaining control operations performed by the control device shown in FIG. 12 and 13 are diagrams showing examples of displays displayed on the display.
以下、本発明の制御方法およびロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図１、図３および図４中の＋Ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」、－Ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」とも言う。また、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター２０側を「先端」とも言う。また、図１中のＺ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The control method and robot system of the present invention will be described in detail below based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings. Hereinafter, for convenience of explanation, the +Z-axis direction, ie, the upper side, in FIGS. 1, 3, and 4 will also be referred to as "upper", and the -Z-axis direction, ie, the lower side, will also be referred to as "lower". Further, regarding the robot arm, the side on the
図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１を制御するロボット制御装置（以下単に「制御装置３」と言う）と、を備え、本発明の制御方法を実行する。
As shown in FIG. 1, the
ロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、その先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。なお、ロボット１は、単腕型の多関節ロボットであるが、これに限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。
In this embodiment, the
制御装置３は、ロボット１から離間して配置されており、プロセッサーの１例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたコンピューター等で構成することができる。ロボット１は、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有している。
The
基台１１は、ロボットアーム１０を下側から駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床に固定されている。ロボット１は、基台１１が中継ケーブル１８を介して制御装置３と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよく、さらには、インターネットのようなネットワークを介して接続されていてもよい。
The
本実施形態では、ロボットアーム１０は、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０が有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。
In this embodiment, the
基台１１と第１アーム１２とは、関節１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸を回動中心とし、その第１回動軸回りに回動可能となっている。第１回動軸は、基台１１が固定される床の法線と一致している。
The
第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸を回動中心として回動可能となっている。第２回動軸は、第１回動軸に直交する軸と平行である。
The
第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対して水平方向と平行な第３回動軸を回動中心として回動可能となっている。第３回動軸は、第２回動軸と平行である。
The
第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸を回動中心として回動可能となっている。第４回動軸は、第３回動軸と直交している。
The
第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対して第５回動軸を回動中心として回動可能となっている。第５回動軸は、第４回動軸と直交している。
The
第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対して第６回動軸を回動中心として回動可能となっている。第６回動軸は、第５回動軸と直交している。
The
また、第６アーム１７は、ロボットアーム１０の中で最も先端側に位置するロボット先端部となっている。この第６アーム１７は、ロボットアーム１０の駆動により、エンドエフェクター２０ごと回動することができる。
Further, the
ロボット１は、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１と第１アーム１２とを相対的に回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを相対的に回転させる。
The
また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、関節１７５に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、関節１７６に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。 Furthermore, the encoder E1 is built into the joint 171 and detects the position of the motor M1. Encoder E2 is built into joint 172 and detects the position of motor M2. Encoder E3 is built into joint 173 and detects the position of motor M3. Encoder E4 is built into joint 174 and detects the position of motor M4. Encoder E5 is built into joint 175 and detects the position of motor M5. Encoder E6 is built into joint 176 and detects the position of motor M6.
エンコーダーＥ１～Ｅ６は、制御装置３と電気的に接続されており、モーターＭ１～モーターＭ６の位置が制御装置３に電気信号として送信される。そして、この位置情報に基づいて、制御装置３は、モーターＭ１を、モータードライバーＤ１を介して駆動し、制御装置３は、モーターＭ２を、モータードライバーＤ２を介して駆動し、制御装置３は、モーターＭ３を、モータードライバーＤ３を介して駆動し、制御装置３は、モーターＭ４を、モータードライバーＤ４を介して駆動し、制御装置３は、モーターＭ５を、モータードライバーＤ５を介して駆動し、制御装置３は、モーターＭ６を、モータードライバーＤ６を介して駆動する。すなわち、ロボットアーム１０を制御するということは、モーターＭ１～モーターＭ６を制御することである。
The encoders E1 to E6 are electrically connected to the
また、ロボットアーム１０には、力を検出する力検出部１９が着脱自在に設置される。そして、ロボットアーム１０は、力検出部１９が設置された状態で駆動することができる。力検出部１９は、本実施形態では、６軸力覚センサーである。力検出部１９は、互いに直交する３個の検出軸上の力の大きさと、当該３個の検出軸まわりのトルクの大きさとを検出する。すなわち、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力成分と、Ｘ軸回りとなるＷ方向の力成分と、Ｙ軸回りとなるＶ方向の力成分と、Ｚ軸回りとなるＵ方向の力成分とを検出する。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向が鉛直方向となっている。また、各軸方向の力成分を「並進力成分」と言い、各軸回りの力成分を「トルク成分」と言うこともできる。また、力検出部１９は、６軸力覚センサーに限定されず、他の構成のものであってもよい。このような力検出部１９は、制御装置３と電気的に接続されており、検出した力に相当する情報が制御装置３に送信される。
Further, a
本実施形態では、力検出部１９は、第６アーム１７に設置されている。なお、力検出部１９の設置箇所としては、第６アーム１７、すなわち、最も先端側に位置するアームに限定されず、例えば、他のアームや、隣り合うアーム同士の間であってもよい。
In this embodiment, the
また、ロボット１は、ロボットアーム１０の任意の部位に設置された慣性センサー２１を有する。慣性センサー２１は、ロボットアーム１０の速度および加速度に相当する情報を検出する。また、慣性センサー２１は、制御装置３と電気的に接続されており、速度および加速度に関する情報は、制御装置３に送信され、ロボット１の制御に用いられる。なお、本実施形態では、後述するように、条件Ａおよび条件Ｂに判定には、慣性センサー２１の検出結果を用いないが、本発明では、これに限定されず、条件Ａおよび条件Ｂに判定に慣性センサー２１の検出結果を用いてもよい。この場合、力検出部１９および慣性センサー２１によって、取得部が構成される。
Further, the
力検出部１９には、エンドエフェクター２０を着脱可能に装着することができる。エンドエフェクター２０は、２つの爪部を有し、互いに接近、離間させることで後述する第１部材Ｗ１等を把持する作業を行うことができる。なお、エンドエフェクター２０としては、図示の構成に限定されず、例えば、吸引、ネジ締め等を行う機能を有するものであってもよい。また、ロボットシステム１００では、ロボット座標系において、エンドエフェクター２０の先端には、制御点であるツールセンターポイントＴＣＰが設定されている。すなわち、エンドエフェクター２０の各爪部が接触した状態における先端にツールセンターポイントＴＣＰが設定されている。
このようなロボット１は、制御装置３によって、作動が制御される。
An
The operation of such a
次に、制御装置３について説明する。
ロボットシステム１００は、制御装置３と、教示装置４と、を備えている。制御装置３は、中継ケーブル１８によりロボット１と通信可能に接続される。なお、制御装置３の構成要素がロボット１に備えられていても良い。制御装置３と教示装置４とはケーブルで、または無線通信可能に接続される。教示装置４は、専用のコンピューターであってもよいし、ロボット１を教示するためのプログラムがインストールされた汎用のコンピューターであってもよい。例えばロボット１を教示するための専用装置であるティーチングペンダントを教示装置４の代わりに用いても良い。さらに、制御装置３と教示装置４とは、図１に示すように別々の筐体を備えていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
Next, the
The
教示装置４には、制御装置３に後述する目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとを引数とする実行プログラムを生成して制御装置３にロードするための教示プログラムがインストールされている。教示装置４は、ディスプレイ４１やプロセッサーやＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源が教示プログラムと協働して実行プログラムを生成する。なお、教示装置４のディスプレイ４１が、後述する報知部として機能する。
A teaching program is installed in the teaching device 4 for generating an execution program using a target position S t and a target force f St as arguments, which will be described later in the
制御装置３は、ロボット１の制御を行うための制御プログラムがインストールされたコンピューターである。制御装置３は、インピーダンス制御部３０と、判定部３４と、記憶部３５と、を有する。この制御装置３は、ロボット１の動作を力制御等で制御することが可能である。「力制御」とは、力検出部１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０の位置、すなわち、ツールセンターポイントＴＣＰの位置や、第１アーム１２～第６アーム１７の姿勢を変更したりするロボット１の動作の制御のことである。力制御には、例えば、インピーダンス制御と、フォーストリガー制御とが含まれている。
The
インピーダンス制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを備え、図５に示すように、座標変換部３１、座標変換部３２、補正部３３および演算部３６により構成される。また、インピーダンス制御部３０は、判定部３４からの入力や、記憶部３５に記憶されたプログラム等に基づいて、ロボットアーム１０の各部、エンドエフェクター２０、教示装置４の駆動をそれぞれ独立して制御する。
The
フォーストリガー制御では、力検出部１９により力検出を行い、その力検出部１９により所定の力を検出するまで、ロボットアーム１０に移動や姿勢の変更の動作をさせる。
In the force trigger control, force is detected by the
インピーダンス制御は、倣い制御を含む。まず、簡単に説明すると、インピーダンス制御では、ロボットアーム１０の先端部に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力検出部１９により検出される所定方向の力を可能な限り目標力ｆＳｔに維持するようにロボットアーム１０の動作を制御する。これにより、例えば、ロボットアーム１０に対してインピーダンス制御を行うと、ロボットアーム１０は、対象物に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。なお、目標力ｆＳｔには、０も含まれる。例えば、倣い動作の場合には、目標値を「０」とすることができる。なお、目標力ｆＳｔを０以外の数値とすることもできる。この目標力ｆＳｔは、作業者が適宜設定可能である。
Impedance control includes tracing control. First, to briefly explain, in impedance control, the force applied to the tip of the
制御装置３は、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度の組み合わせと、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置との対応関係を記憶している。また、制御装置３は、ロボット１が行う作業の工程ごとに目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとの少なくとも一方をコマンドに基づいて記憶する。目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔを引数（パラメーター）とするコマンドはロボット１が行う作業の工程ごとに設定される。
The
制御装置３は、設定された目標位置Ｓｔと目標力ｆＳｔとがツールセンターポイントＴＣＰにて一致されるように、コマンドに基づいて第１アーム１２～第６アーム１７を制御する。目標力ｆＳｔとは、第１アーム１２～第６アーム１７の動作に応じて力検出部１９が検出すべき力である。ここで、「Ｓ」の文字は、ロボット座標系を規定する軸の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）のいずれか１つの方向を表すこととする。また、Ｓは、Ｓ方向の位置も表すこととする。例えば、Ｓ＝Ｘの場合、ロボット座標系にて設定された目標位置のＸ方向成分がＳｔ＝Ｘｔとなり、目標力のＸ方向成分がｆＳｔ＝ｆＸｔとなる。
The
また、制御装置３では、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を取得すると、図５に示す座標変換部３１が、対応関係に基づいて、当該回転角度をロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｖ，Ｗ，Ｕ）に変換する。そして、座標変換部３２が、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓと、力検出部１９の検出値とに基づいて、力検出部１９に現実に作用している作用力ｆＳをロボット座標系において特定する。
In addition, in the
作用力ｆＳの作用点は、ツールセンターポイントＴＣＰとは別に原点Ｏとして定義される。原点Ｏは、力検出部１９が力を検出している点に対応する。なお制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓごとに、力検出部１９のセンサー座標系における検出軸の方向を規定した対応関係を記憶している。従って、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓと対応関係とに基づいて、ロボット座標系における作用力ｆＳを特定できる。また、ロボットに作用するトルクは、作用力ｆＳと、ツール接触点、すなわち、エンドエフェクター２０とワークの接触点から力検出部１９までの距離とから算出することができ、トルク成分として特定される。
The point of action of the acting force fS is defined as the origin O, separate from the tool center point TCP. The origin O corresponds to the point where the
補正部３３は、作用力ｆＳに対して重力補償を行う。重力補償とは、作用力ｆＳから重力に起因する力やトルクの成分を除去することである。重力補償を行った作用力ｆＳは、エンドエフェクター２０に作用している重力以外の力と見なすことができる。
The
また、補正部３３は、作用力ｆＳに対して慣性補償を行う。慣性補償とは、作用力ｆＳから慣性力に起因する力やトルクの成分を除去することである。慣性補償を行った作用力ｆＳは、エンドエフェクター２０に作用している慣性力以外の力と見なすことができる。
Further, the
判定部３４は、後述するように、ロボットアーム１０に対して力制御を行っている際、ロボットアーム１０が外力を受けることによって、ツールセンターポイントＴＣＰが第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって移動する跳ね返り状態が生じたか否かを判定する。このことに関しては、後に詳述する。
As will be described later, when performing force control on the
なお、本実施形態では、判定部３４は、制御装置３内に内蔵された構成である。ただし、これに限定されず、判定部３４は、判定装置として、制御装置３とは別の場所に設置されていてもよい。この場合、制御装置３と判定装置とは、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して接続されていてもよい。
Note that in this embodiment, the
記憶部３５には、インピーダンス制御部３０により実行可能な各種プログラム、制御動作中に用いる基準データ、閾値、検量線等が記憶されている。なお、各種プログラムには、本発明の制御方法を実行するためのプログラムが含まれている。記憶部３５は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリーや、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー等を含んで構成されている。なお、記憶部３５は、非着脱式に限らず、着脱式の外部記憶装置を有する構成であってもよい。また、記憶部３５は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して別の場所に設置されていてもよい。
The
また、記憶部３５には、図６～図９に示すようなデータや、図１０に示すようなデータが随時更新、記憶される。図６は、力制御が行われているロボットアーム１０のツールセンターポイントＴＣＰの目標位置と、時間との関係を示すグラフである。図６のグラフでは、横軸が時間（ｍｓ）、縦軸がツールセンターポイントＴＣＰの目標位置の座標を示している。図７は、力制御が行われているロボットアーム１０の速度と、時間との関係を示すグラフである。図７のグラフでは、横軸が時間（ｍｓ）、縦軸が、ツールセンターポイントＴＣＰのＺ軸方向の速度成分を示している。図８は、力制御が行われているロボットアーム１０の加速度と、時間との関係を示すグラフである。図８のグラフでは、横軸が時間（ｍｓ）、縦軸が、ツールセンターポイントＴＣＰのＺ軸方向の加速度成分を示している。図９は、力制御が行われているロボットアーム１０に加わった力、すなわち、力検出部１９が検出した力と、時間との関係を示すグラフである。図９のグラフでは、横軸が時間（ｍｓ）、縦軸が、力検出部１９が検出したＺ軸方向の力成分を示している。
Further, the
図１０は、力制御が行われているロボットアーム１０の情報のログを示す表である。図１０に示す表では、表中左側から、「Ｆｚ Ｆｏｒｃｅ」、「ＣｕｒＰｏｓ」、「ＴＣＰＳｐｅｅｄ」、「ＴＣＰＡｃｃｅｌ」、「判定ロジック」の項目が記されており、これらの項目が２ｍｓごとに記憶されている。
FIG. 10 is a table showing a log of information on the
「ＥｌａｐｓｅｄＴｉｍｅ［ｍｓｅｃ］」の項目は、力制御を開始してからの経過時間を示している。「Ｆｚ Ｆｏｒｃｅ」の項目は、力検出部１９が検出したＺ軸方向、すなわち、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の力成分を示している。「ＣｕｒＰｏｓ」の項目は、ツールセンターポイントＴＣＰの目標位置の座標を示している。「ＴＣＰＳｐｅｅｄ」は、ロボットアーム１０のＺ軸方向の速度成分を示している。「ＴＣＰＡｃｃｅｌ」は、ロボットアーム１０のＺ軸方向の加速度成分を示している。「判定ロジック」の項目は、「Ｆｚ Ｆｏｒｃｅ」、「ＴＣＰＳｐｅｅｄ」および「ＴＣＰＡｃｃｅｌ」の項目の一括した判定結果を示している。
The item “ElapsedTime [msec]” indicates the elapsed time since the force control was started. The item "Fz Force" indicates the force component detected by the
次に、インピーダンス制御について説明する。
インピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスをモーターＭ１～モーターＭ６によって実現する能動インピーダンス制御である。制御装置３は、このようなインピーダンス制御を、ワークの嵌合作業、螺合作業、研磨作業等、エンドエフェクター２０が対象物であるワークから力を受ける接触状態の工程で実行する。なお、このような工程以外であっても、例えば、人がロボット１に接触した際にインピーダンス制御を行うことにより、安全性を高めることができる。
Next, impedance control will be explained.
Impedance control is active impedance control in which virtual mechanical impedance is realized by motors M1 to M6. The
インピーダンス制御では、目標力ｆＳｔを後述する運動方程式に代入してモーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を導出する。制御装置３がモーターＭ１～モーターＭ６を制御する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。運動方程式に基づいて目標力ｆＳｔから回転角度を導出してモーターＭ１～モーターＭ６を制御するモードを力制御モードという。また制御装置３は、エンドエフェクター２０が外力を受けない非接触状態の工程では、目標位置Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御する。目標位置Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御するモードを位置制御モードという。また制御装置３は、目標位置Ｓｔから線形演算で導出する回転角度と目標力ｆＳｔを運動方程式に代入して導出する回転角度とを例えば線形結合によって統合し、統合した回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御するハイブリッドモードでもロボット１を制御する。制御装置３は、位置制御モードと力制御モードとハイブリッドモードとを力検出部１９またはエンコーダーＥ１～Ｅ６の検出値に基づいて自律的に切り替え可能であり、また、入力されたコマンドに応じて位置制御モードと力制御モードとハイブリッドモードを切り替えることもできる。以上の構成より制御装置３は、エンドエフェクター２０が目標の位置において目標の姿勢となり、かつ、エンドエフェクター２０に目標の力とモーメントとが作用するようにロボットアーム１０を駆動することができる。
In the impedance control, the rotation angles of the motors M1 to M6 are derived by substituting the target force fSt into the equation of motion described later. The signal with which the
制御装置３は、目標力ｆＳｔと作用力ｆＳとをインピーダンス制御の運動方程式に代入することにより、力由来補正量ΔＳを特定する。力由来補正量ΔＳとは、ツールセンターポイントＴＣＰが機械的インピーダンスを受けた場合に、目標力ｆＳｔとの力偏差ΔｆＳ（ｔ）を解消するために、ツールセンターポイントＴＣＰが移動すべき位置Ｓの大きさを意味する。下記の式（１）は、インピーダンス制御の運動方程式である。
The
式（１）の左辺は、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓの２階微分値に仮想慣性係数ｍ（以下、「質量係数ｍ」という）を乗算した第１項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓの微分値に仮想粘性係数ｄ（以下、「粘性係数ｄ」という）を乗算した第２項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置Ｓに仮想弾性係数ｋ（以下、「弾性係数ｋ」という）を乗算した第３項とによって構成される。式（１）の右辺は、目標力ｆＳｔから現実の力ｆを減算した力偏差ΔｆＳ（ｔ）によって構成される。式（１）における微分とは、時間による微分を意味する。ロボット１が行う工程において、目標力ｆＳｔとして一定値が設定される場合もあるし、目標力ｆＳｔとして時間の関数が設定される場合もある。
The left side of equation (1) is the first term obtained by multiplying the second differential value of the position S of the tool center point TCP by the virtual inertia coefficient m (hereinafter referred to as "mass coefficient m"), and the position S of the tool center point TCP. The second term is the differential value multiplied by the virtual viscosity coefficient d (hereinafter referred to as "viscosity coefficient d"), and the position S of the tool center point TCP is multiplied by the virtual elastic coefficient k (hereinafter referred to as "elastic coefficient k"). and the third term. The right side of equation (1) is constituted by the force deviation Δf S (t) obtained by subtracting the actual force f from the target force f St. Differentiation in equation (1) means differentiation with respect to time. In the process performed by the
質量係数ｍは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に有する質量を意味し、粘性係数ｄは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける粘性抵抗を意味し、弾性係数ｋは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける弾性力のバネ定数を意味する。 The mass coefficient m means the mass that the tool center point TCP has virtually, the viscosity coefficient d means the viscous resistance that the tool center point TCP hypothetically receives, and the elastic coefficient k means the mass that the tool center point TCP has virtually. means the spring constant of the elastic force that is applied to the
質量係数ｍの値が大きくなるにつれて、動作の加速度が小さくなり、質量係数ｍの値が小さくなるにつれて動作の加速度が大きくなる。粘性係数ｄの値が大きくなるにつれて、動作の速度が遅くなり、粘性係数ｄの値が小さくなるにつれて動作の速度が速くなる。弾性係数ｋの値が大きくなるにつれて、バネ性が大きくなり、弾性係数ｋの値が小さくなるにつれて、バネ性が小さくなる。 As the value of the mass coefficient m increases, the acceleration of the motion decreases, and as the value of the mass coefficient m decreases, the acceleration of the motion increases. As the value of the viscosity coefficient d increases, the speed of operation becomes slower, and as the value of the viscosity coefficient d decreases, the speed of operation increases. As the value of the elastic coefficient k increases, the springiness increases, and as the value of the elastic coefficient k decreases, the springiness decreases.
本明細書では、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋを制御パラメーターと言う。これら質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、方向ごとに異なる値に設定されてもよいし、方向に関わらず共通の値に設定されてもよい。また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、作業者が、作業前に教示装置４から適宜入力、設定可能である。 In this specification, the mass coefficient m, the viscosity coefficient d, and the elastic coefficient k are referred to as control parameters. These mass coefficient m, viscosity coefficient d, and elastic coefficient k may be set to different values for each direction, or may be set to a common value regardless of the direction. Furthermore, the mass coefficient m, viscosity coefficient d, and elastic coefficient k can be input and set as appropriate by the operator from the teaching device 4 before work.
このように、ロボットシステム１００では、力検出部１９の検出値と、予め設定された制御パラメーターと、予め設定された目標力から求めた補正量を求める。この補正量は、前述した力由来補正量ΔＳのことであり、外力を受けたその位置からツールセンターポイントＴＣＰを移動すべき位置との差のことである。そして、この力由来補正量ΔＳを、外力を受けた位置に移動させるために用いていた位置制御指令値（以下、単に「指令値」と言う）に合算して、新たな指令値を求める。そしてこの新たな指令値によりロボットを制御することにより、力由来補正量ΔＳを加味した位置にツールセンターポイントＴＣＰを移動させて、外力が加わった衝撃を緩和し、ロボットに接触した対象物に対し、それ以上負荷がかかるのを緩和することができる。その結果、作業を安全かつ安定的に行うことができる。
In this manner, in the
次に、判定部３４について説明する。判定部３４は、後述するように、ロボットアーム１０に対して力制御を行っている際、ロボットアーム１０が外力を受けることによって、ツールセンターポイントＴＣＰが第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって移動する跳ね返り状態が生じたか否かを判定する。
Next, the
具体的には、跳ね返り状態は、例えば、以下のような現象のことを言う。
以下では、図４に示すように、エンドエフェクター２０は、棒状の第１部材Ｗ１を、第２部材Ｗ２の孔Ｗ３に嵌合させる作業を行う場合について説明する。第２部材Ｗ２は、孔Ｗ３の延在方向がＺ軸に沿う向きで図示しない作業面に配置されている。そして、ロボット１は、エンドエフェクター２０が第１部材Ｗ１を把持したまま、ツールセンターポイントＴＣＰが開始位置である第１位置Ｐ１から目標位置である第２位置Ｐ２に位置するまで力制御を行う。第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２は、＋Ｚ軸側からこの順で並んで配置されている。
Specifically, the rebound state refers to the following phenomenon, for example.
Below, as shown in FIG. 4, a case will be described in which the
図４に示すように、例えば、棒状の第１部材Ｗ１を、第２部材Ｗ２の孔Ｗ３に挿入する際、力制御の速度によっては、第１部材Ｗ１と孔Ｗ３の縁部が接触したときや、第１部材Ｗ１と孔Ｗ３の内面とが接触したとき等にロボットアーム１０に不本意な負荷がかかり、ツールセンターポイントＴＣＰが第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かう方向に意図せず移動してしまうことがある。また、その後、ツールセンターポイントＴＣＰが＋Ｚ軸側および－Ｚ軸側への移動を交互に繰り返してしまうようなことがある。このような現象を跳ね返り状態という。
As shown in FIG. 4, for example, when inserting the rod-shaped first member W1 into the hole W3 of the second member W2, depending on the speed of force control, when the first member W1 and the edge of the hole W3 come into contact with each other, or when the first member W1 and the inner surface of the hole W3 come into contact, an undesired load is applied to the
すなわち、跳ね返り状態とは、所定の経路を辿っているにも関わらず、外力を受けることによって、その経路を戻ってしまうことを言う。また、辿っていた経路と、戻る際の経路とが完全に一致していなくても、生じたずれが２０°以内であれば、跳ね返り状態に含まれる。 In other words, the rebound state refers to a situation where, despite following a predetermined path, the object returns to that path due to an external force. Further, even if the route followed and the route taken back do not completely match, if the deviation is within 20 degrees, it is included in the rebound state.
このような跳ね返り状態が生じるということは、ユーザーが設定した質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの値が適切ではない。特に、粘性係数ｄの設定値が大きすぎるために生じることが分かっている。このような跳ね返り状態が生じた場合、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの値を再設定しなおす必要がある。 The fact that such a rebound state occurs means that the values of the mass coefficient m, viscosity coefficient d, and elastic coefficient k set by the user are not appropriate. In particular, it is known that this occurs because the set value of the viscosity coefficient d is too large. When such a rebound state occurs, it is necessary to reset the values of the mass coefficient m, viscosity coefficient d, and elastic coefficient k.
従来では、ユーザーがロボットアームの様子を目視で確認して、跳ね返り状態が生じたか否かを判断し、その後、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの値を再設定していた。しかしながら、目視で跳ね返り状態を確認するのは、きわめて難しく、また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの値の再設定も、きわめて難しい。 Conventionally, a user visually checks the state of the robot arm to determine whether or not a rebound state has occurred, and then resets the values of the mass coefficient m, viscosity coefficient d, and elastic coefficient k. However, it is extremely difficult to visually confirm the rebound state, and it is also extremely difficult to reset the values of the mass coefficient m, viscosity coefficient d, and elastic coefficient k.
このようなことを鑑みて、本発明では、以下のような制御を行うことにより、上記課題を解決した。以下、このことを説明する。
判定部３４は、以下の条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足した場合、跳ね返り状態が生じたと判定し、条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃの１つでも満足しない場合、跳ね返り状態が生じていないと判定する。
条件Ａ：ツールセンターポイントＴＣＰの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の速度成分が第１閾値Ｓ１よりも小さい。
条件Ｂ：ツールセンターポイントＴＣＰの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の加速度成分が第２閾値Ｓ２よりも小さい。
条件Ｃ：第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かう方向の力成分の大きさが第３閾値Ｓ３よりも大きい。
このような判定を行うことにより、力制御中に跳ね返り状態が生じたことを正確に検出することができる。以下、具体的に説明する。
In view of the above, the present invention solves the above problem by performing the following control. This will be explained below.
The determining
Condition A: The velocity component of the tool center point TCP in the direction from the first position P1 to the second position P2 is smaller than the first threshold value S1.
Condition B: The acceleration component in the direction from the first position P1 to the second position P2 of the tool center point TCP is smaller than the second threshold S2.
Condition C: The magnitude of the force component in the direction from the second position P2 toward the first position P1 is greater than the third threshold S3.
By making such a determination, it is possible to accurately detect that a rebound state has occurred during force control. This will be explained in detail below.
図５に示すように、インピーダンス制御部３０は、演算部３６（演算回路）を有する。この演算部３６は、図１０に示す「ＥｌａｐｓｅｄＴｉｍｅ」の項目と、「ＣｕｒＰｏｓ」の項目とから、ロボットアーム１０の第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の速度成分と、ロボットアーム１０の第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の加速度成分と、を演算して算出する。すなわち、演算部３６は、記憶部３５に記憶された経過時間と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置とに基づいて、ツールセンターポイントＴＣＰの速度および加速度を求める。この演算部３６が、ツールセンターポイントの速度および加速度の情報を取得する取得部である。
As shown in FIG. 5, the
そして、判定部３４は、ツールセンターポイントＴＣＰの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の速度成分が第１閾値Ｓ１よりも小さいか否かを判定する。この判定が、条件Ａを満足するか否かの判定（第１判定）である。
Then, the
また、判定部３４は、ツールセンターポイントＴＣＰの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の加速度成分が第２閾値Ｓ２よりも小さいか否かを判定する。この判定が、条件Ｂを満足するか否かの判定（第２判定）である。
Further, the
また、図５に示すように、インピーダンス制御部３０には、力検出部１９がＡ／Ｄ変換部２１３を介して接続されている。このため、力検出部１９の検出結果がインピーダンス制御部３０を介して記憶部３５に記憶される。演算部３６は、力検出部１９の検出結果から第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かう方向の力成分を算出する。この算出結果が、図１０に示すように、記憶部３５に随時記憶される。
Further, as shown in FIG. 5, the
そして、判定部３４は、第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かう方向の力成分の大きさが第３閾値Ｓ３よりも大きいか否かを判定する。この判定が、条件Ｃを満足するか否かの判定（第３判定）である。
Then, the determining
このように、判定部３４が条件Ａ～条件Ｃを満足するか否かを判定し、の条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足した場合、跳ね返り状態が生じたと判定し、条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃの１つでも満足しない場合、跳ね返り状態が生じていないと判定（総合判定）する。このような判定を行うことにより、目視で確認するのが難しい跳ね返り状態が生じたか否かを正確に判定することができる。
In this way, the
また、図示の構成では、２ｍｓ毎に条件Ａ～条件Ｃを判定しているが、このサイクルタイムは、特に限定されない。 Further, in the illustrated configuration, conditions A to C are determined every 2 ms, but this cycle time is not particularly limited.
また、例えば、図７中丸印で囲んでいる部分が、条件Ａを満足する状態を示している。また、例えば、図８中丸印で囲んでいる部分が、条件Ｂを満足する状態を示している。また、例えば、図９中丸印で囲んでいる部分が、条件Ｃを満足する状態を示している。条件Ａおよび条件Ｂは、同時に満足しているが、条件Ｃは、条件Ａおよび条件Ｂよりも後に満足している。 Further, for example, a portion surrounded by a circle in FIG. 7 indicates a state where condition A is satisfied. Further, for example, a portion surrounded by a circle in FIG. 8 indicates a state where condition B is satisfied. Further, for example, a portion surrounded by a circle in FIG. 9 indicates a state where condition C is satisfied. Conditions A and B are satisfied at the same time, but condition C is satisfied after conditions A and B are satisfied.
これは、条件Ｃの判定はリアルタイムで行うことができるが、条件Ａおよび条件Ｂの判定は、過去の「ＥｌａｐｓｅｄＴｉｍｅ」の項目および「ＣｕｒＰｏｓ」の項目に基づいて算出するため、条件Ｃの判定よりも遅い。このタイムラグは、例えば、８０ｍｓ程度である。このようなことを鑑みて、図１０に示すログにおいて、所定の経過時間における条件Ｃの判定とともに、条件Ａおよび条件Ｂの判定は、条件Ｃの判定を行った経過時間から所定時間遡った経過時間における「ＣｕｒＰｏｓ」の項目の数値を用いるのが好ましい。すなわち、条件Ａ～条件Ｃを満足するか否かの判定において、条件Ａおよび条件Ｂの判定は、「Ｆｚ Ｆｏｒｃｅ」の判定の対象となる時間の所定数上の段の数値で判定するのが好ましい。これにより、条件Ａ～条件Ｃを満足したか否かの判定をよりリアルタイムに近い判定とすることができ、さらに正確に判定することができる。 This is because the judgment of condition C can be made in real time, but the judgment of condition A and condition B is calculated based on the past "Elapsed Time" item and "CurPos" item, so the judgment of condition C can be made in real time. It's also slow. This time lag is, for example, about 80 ms. In view of this, in the log shown in FIG. 10, in addition to the determination of condition C at a predetermined elapsed time, the determination of condition A and condition B is It is preferable to use the numerical value of the "CurPos" item for time. That is, in determining whether or not conditions A to C are satisfied, it is best to determine conditions A and B based on the numerical value a predetermined number above the time to be determined for "Fz Force". preferable. Thereby, it is possible to determine whether or not conditions A to C are satisfied in a manner closer to real time, and it is possible to perform a determination more accurately.
また、インピーダンス制御部３０は、この判定結果を教示装置４のディスプレイ４１に表示して報知する。これにより、ユーザーは、跳ね返り状態が生じたことを認識することができる。すなわち、ユーザーが設定した質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの値が適切ではないことを認識することができ、ユーザーが質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの再設定を行うことができる。
Further, the
また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの再設定は、熟練度の低いユーザーには難しいが、以下のような表示を行うことにより、熟練度の低いユーザーであっても再設定を行うことができる。 In addition, resetting the mass coefficient m, viscosity coefficient d, and elastic coefficient k is difficult for less skilled users, but even less skilled users can do so by displaying the following display. It can be carried out.
例えば、図１２および図１３に示すようなポップアップウインドウをディスプレイ４１に表示することにより、ユーザーに上記を報知することができる。
For example, the above can be notified to the user by displaying a pop-up window as shown in FIGS. 12 and 13 on the
図１２に示すポップアップウインドウ４０１には、「Ｆｚ軸方向で跳ね返り動作を検出しました。所望の動作でない場合、ＬｉｍｉｔＡｃｃｅｌまたはＦｉｒｍｎｅｓｓプロパティーの値を増加させてください。詳しい調整方法は、説明書を参照してください。」という文字が表示されている。
A pop-up
また、例えば、図１３に示すポップアップウインドウ４０２には、「Ｆｚ軸方向で跳ね返り動作を検出しました。所望の動作でない場合、パラメーター調整が必要です。説明書を参照してください。」という文字と、力検出部１９が検出した力と時間との関係を示すグラフとが表示されている。
In addition, for example, the pop-up
このような表示を行うことにより、力制御パラメーターの再設定をユーザーに促すことができる。特に、図１２中の「Ｆｉｒｍｎｅｓｓ」は、粘性係数ｄを示している。この粘性係数ｄは、跳ね返り状態が生じる主な原因である。粘性係数ｄの値を大きくするように促す表示を行うことにより、ユーザーは、力パラメーターの再設定を的確に行うことができる。 By performing such a display, the user can be prompted to reset the force control parameters. In particular, "Firmness" in FIG. 12 indicates the viscosity coefficient d. This viscosity coefficient d is the main cause of the rebound condition. By displaying a message prompting the user to increase the value of the viscosity coefficient d, the user can accurately reset the force parameter.
なお、上記では、判定結果を報知する報知部として、教示装置４のディスプレイ４１に表示する構成について説明したが、本発明では、これに限定されず、例えば、ディスプレイ４１とは異なる表示部に表示する構成であってもよく、音声により報知する構成であってもよく、これらを組み合わせて報知する構成であってもよい。
In addition, although the above description has been made of a configuration in which the notification unit that notifies the determination result is displayed on the
以上説明したように、本発明のロボットシステム１００は、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の先端側に設置されるエンドエフェクター２０と、ロボットアーム１０に加わる力を検出する検出部である力検出部１９と、ロボットアーム１０の先端側に設定された制御点であるツールセンターポイントＴＣＰの速度の情報および加速度の情報を取得する取得部である演算部３６と、ツールセンターポイントＴＣＰが、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に移動するように、動作プログラムに基づいてロボットアーム１０に対して力制御を行う制御部としてのインピーダンス制御部３０と、力制御を行っている際、ロボットアーム１０が外力を受けることによって、ツールセンターポイントＴＣＰが第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって移動する跳ね返り状態が生じたか否かを判定する判定部３４と、を備える。また、判定部３４は、以下の条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足した場合、跳ね返り状態が生じたと判定し、条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃの１つでも満足しない場合、跳ね返り状態が生じていないと判定する。
条件Ａ：ツールセンターポイントＴＣＰの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の速度成分が第１閾値Ｓ１よりも小さい。
条件Ｂ：ツールセンターポイントＴＣＰの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の加速度成分が第２閾値Ｓ２よりも小さい。
条件Ｃ：第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かう方向の力成分の大きさが第３閾値Ｓ３よりも大きい。
このような判定を行うことにより、力制御中に、目視では確認が困難である跳ね返り状態が生じたことを正確に判定することができる。
As described above, the
Condition A: The velocity component of the tool center point TCP in the direction from the first position P1 to the second position P2 is smaller than the first threshold S1.
Condition B: The acceleration component in the direction from the first position P1 to the second position P2 of the tool center point TCP is smaller than the second threshold S2.
Condition C: The magnitude of the force component in the direction from the second position P2 toward the first position P1 is greater than the third threshold S3.
By making such a determination, it is possible to accurately determine that a rebound state, which is difficult to visually confirm, has occurred during force control.
次に、本発明の制御方法、すなわち、制御装置３が行う制御動作について、図１１に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
Next, the control method of the present invention, that is, the control operation performed by the
まず、ステップＳ１０１において、ユーザーが設定した力制御パラメーターに基づいて力制御を開始する（図３および図４参照）。この際、力検出部１９による検出、および、速度、加速度の算出も開始する。
First, in step S101, force control is started based on force control parameters set by the user (see FIGS. 3 and 4). At this time, detection by the
次に、ステップＳ１０２において、前述したように条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足しているか否かを判定する。ステップＳ１０２が、跳ね返り状態が生じたか否かを判定する判定ステップである。 Next, in step S102, it is determined whether conditions A, B, and C are satisfied as described above. Step S102 is a determination step for determining whether a rebound state has occurred.
ステップＳ１０２において、条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足していた場合、跳ね返り状態が生じているとみなし、ステップＳ１０３において、図１２や図１３に示すようなポップアップを表示する。このステップＳ１０３が、判定ステップの判定結果を報知する報知ステップである。 If conditions A, B, and C are satisfied in step S102, it is assumed that a rebound state has occurred, and a pop-up as shown in FIGS. 12 and 13 is displayed in step S103. This step S103 is a notification step for notifying the determination result of the determination step.
このように、判定ステップの判定結果を報知する報知ステップを有することにより、ユーザーは、跳ね返り状態が生じたことを認識することができる。 In this manner, by providing the notification step for notifying the determination result of the determination step, the user can recognize that a rebound state has occurred.
また、制御装置３が行う力制御は、設定された仮想粘性係数である粘性係数ｄを含む力制御パラメーターに基づいて行われるものである。そして、報知ステップでは、現状の粘性係数ｄの大小に関する情報を報知する。これにより、ユーザーは、跳ね返り状態が生じる主な原因である粘性係数ｄの再設定を的確に行うことができる。
Further, the force control performed by the
次に、ステップＳ１０４において、動作プログラムが完了したか否かを判断する。ステップＳ１０４において、完了していないと判断した場合、ステップＳ１０２に戻り、以降のステップを順次繰り返す。 Next, in step S104, it is determined whether the operating program has been completed. If it is determined in step S104 that the process has not been completed, the process returns to step S102 and the subsequent steps are sequentially repeated.
以上説明したように、本発明の制御方法は、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の先端側に設置されるエンドエフェクター２０と、ロボットアーム１０に加わる力を検出する検出部である力検出部１９と、ロボットアーム１０の先端側に設定された制御点であるツールセンターポイントＴＣＰの速度の情報および加速度の情報を取得する取得部である演算部３６と、を備えるロボット１のツールセンターポイントＴＣＰが、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に移動するように、動作プログラムに基づいてロボットアーム１０に対して力制御を行う制御方法である。また、本発明の制御方法は、力制御を行っている際、ロボットアーム１０が外力を受けることによって、ツールセンターポイントＴＣＰが第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって移動する跳ね返り状態が生じたか否かを判定する判定ステップを有し、判定ステップでは、以下の条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足した場合、跳ね返り状態が生じたと判定し、条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃの１つでも満足しない場合、跳ね返り状態が生じていないと判定することを特徴とする。
条件Ａ：ツールセンターポイントＴＣＰの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の速度成分が第１閾値Ｓ１よりも小さい。
条件Ｂ：ツールセンターポイントＴＣＰの第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向の加速度成分が第２閾値Ｓ２よりも小さい。
条件Ｃ：第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かう方向の力成分の大きさが第３閾値Ｓ３よりも大きい。
これにより、力制御中に、目視では確認が困難である跳ね返り状態が生じたことを正確に判定することができる。
As described above, the control method of the present invention includes the
Condition A: The velocity component of the tool center point TCP in the direction from the first position P1 to the second position P2 is smaller than the first threshold S1.
Condition B: The acceleration component in the direction from the first position P1 to the second position P2 of the tool center point TCP is smaller than the second threshold S2.
Condition C: The magnitude of the force component in the direction from the second position P2 toward the first position P1 is greater than the third threshold S3.
This makes it possible to accurately determine that a rebound state, which is difficult to visually confirm, has occurred during force control.
なお、本実施形態では、判定ステップの後に、判定ステップの結果に基づいて、報知ステップを行う構成であるが、本発明ではこれに限定されず、例えば、判定ステップの後に報知ステップを省略し、代わりに、力制御パラメーターの補正を行う補正ステップを行ってもよく、報知ステップを省略せずに、報知ステップと補正ステップとを同時または順次行ってもよい。 Note that in this embodiment, the notification step is performed after the determination step based on the result of the determination step, but the present invention is not limited to this. For example, the notification step may be omitted after the determination step, Instead, a correction step for correcting the force control parameters may be performed, and the notification step and the correction step may be performed simultaneously or sequentially without omitting the notification step.
また、判定ステップでは、条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足する時間が所定時間に達したときに、跳ね返り状態が生じたと判断してもよい。これにより、誤検出が生じるのを防止または抑制することができる。 Further, in the determination step, it may be determined that a rebound state has occurred when the time for satisfying conditions A, B, and C reaches a predetermined time. Thereby, it is possible to prevent or suppress the occurrence of false detection.
また、条件Ａを満足するか否かの判定においても、所定時間に達したときに、跳ね返り状態が生じたと判断してもよい。このことは、条件Ｂおよび条件Ｃについても同様である。 Also, in determining whether condition A is satisfied, it may be determined that a rebound state has occurred when a predetermined time has elapsed. This also applies to conditions B and C.
また、制御装置３は、図１０に示すような力制御が行われているロボットアームの情報のログに基づいて、分類手法として深層学習を用いた判定を行ってもよい。深層学習としては、ＤＮＮ（Deep Neural Network）、ＣＮＮ（Convolutional Neural Network）、ＲＮＮ（Recurrent Neural Network）等が挙げられる。このような深層学習を用いた判定を行うことにより、跳ね返り状態が生じたときのロボットアームの動作の特徴を抽出し、その抽出結果を判定に反映させることができ、さらに正確な判定を行うことができる。
Further, the
＜ロボットシステムの他の構成例＞
図１４は、ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。
<Other configuration examples of robot system>
FIG. 14 is a block diagram for explaining the robot system focusing on the hardware.
図１４には、ロボット１とコントローラー６１とコンピューター６２が接続されたロボットシステム１００Ａの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コントローラー６１にあるプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、コンピューター６２に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出してコントローラー６１を介して実行されてもよい。
FIG. 14 shows the overall configuration of a
従って、コントローラー６１とコンピューター６２とのいずれか一方または両方を「制御装置」として捉えることができる。
Therefore, either one or both of the
＜変形例１＞
図１５は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。
<
FIG. 15 is a block diagram showing a first modified example centered on the hardware of the robot system.
図１５には、ロボット１に直接コンピューター６３が接続されたロボットシステム１００Ｂの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コンピューター６３に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して直接実行される。
従って、コンピューター６３を「制御装置」として捉えることができる。
FIG. 15 shows the overall configuration of a
Therefore, the
＜変形例２＞
図１６は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。
<Modification 2>
FIG. 16 is a block diagram showing a second modification centered on the hardware of the robot system.
図１６には、コントローラー６１が内蔵されたロボット１とコンピューター６６が接続され、コンピューター６６がＬＡＮ等のネットワーク６５を介してクラウド６４に接続されているロボットシステム１００Ｃの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コンピューター６６に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、クラウド６４上に存在するプロセッサーによりコンピューター６６を介してメモリーにある指令を読み出して実行されてもよい。
FIG. 16 shows the overall configuration of a
従って、コントローラー６１とコンピューター６６とクラウド６４とのいずれか１つ、または、いずれか２つ、または、３つを「制御装置」として捉えることができる。
Therefore, any one, any two, or three of the
以上、本発明の制御方法およびロボットシステムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、ロボットシステムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。 Although the control method and robot system of the present invention have been described above with reference to the illustrated embodiments, the present invention is not limited thereto. Further, each part constituting the robot system can be replaced with any part that can perform the same function. Moreover, arbitrary components may be added.
１…ロボット、３…制御装置、４…教示装置、１０…ロボットアーム、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…第５アーム、１７…第６アーム、１８…中継ケーブル、１９…力検出部、２０…エンドエフェクター、２１…慣性センサー、３０…インピーダンス制御部、３１…座標変換部、３２…座標変換部、３３…補正部、３４…判定部、３５…記憶部、４１…ディスプレイ、６１…コントローラー、６２…コンピューター、６３…コンピューター、６４…クラウド、６５…ネットワーク、６６…コンピューター、１００…ロボットシステム、１００Ａ…ロボットシステム、１００Ｂ…ロボットシステム、１００Ｃ…ロボットシステム、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、２１３…Ａ／Ｄ変換部、４０１…ポップアップウインドウ、４０２…ポップアップウインドウ、Ｄ１…モータードライバー、Ｄ２…モータードライバー、Ｄ３…モータードライバー、Ｄ４…モータードライバー、Ｄ５…モータードライバー、Ｄ６…モータードライバー、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、Ｐ１…第１位置、Ｐ２…第２位置、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｗ１…第１部材、Ｗ２…第２部材、Ｗ３…孔
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記力制御を行っている際、前記ロボットアームが外力を受けることによって、前記制御点が前記第２位置から前記第１位置に向かって移動する跳ね返り状態が生じたか否かを判定部により判定する判定ステップを有し、
前記判定ステップでは、前記判定部は、以下の条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足した場合、前記跳ね返り状態が生じたと判定し、前記条件Ａ、前記条件Ｂおよび前記条件Ｃの１つでも満足しない場合、前記跳ね返り状態が生じていないと判定することを特徴とする制御方法。
条件Ａ：前記制御点の前記第１位置から前記第２位置に向かう方向の速度成分が第１閾値よりも小さい。
条件Ｂ：前記制御点の前記第１位置から前記第２位置に向かう方向の加速度成分が第２閾値よりも小さい。
条件Ｃ：前記第２位置から前記第１位置に向かう方向の力成分の大きさが第３閾値よりも大きい。 A robot arm, an end effector installed on the tip side of the robot arm, a detection unit that detects the force applied to the robot arm, and information on the velocity and acceleration of a control point set on the tip side of the robot arm. an acquisition unit that acquires information; and a control method that performs force control on the robot arm based on an operation program so that the control point of the robot moves from a first position to a second position. ,
When performing the force control, the determining unit determines whether or not a rebound state in which the control point moves from the second position toward the first position occurs due to the robot arm receiving an external force. has a determination step,
In the determination step, the determination unit determines that the rebound state has occurred if the following conditions A, B, and C are satisfied, and if any one of the conditions A, B, and C is also satisfied. If not, it is determined that the rebound state has not occurred.
Condition A: A velocity component of the control point in a direction from the first position to the second position is smaller than the first threshold.
Condition B: An acceleration component of the control point in a direction from the first position to the second position is smaller than the second threshold.
Condition C: The magnitude of the force component in the direction from the second position toward the first position is greater than the third threshold.
前記報知ステップでは、現状の前記仮想粘性係数の大小に関する情報を報知する請求項２に記載の制御方法。 The force control is performed based on a force control parameter including a set virtual viscosity coefficient,
3. The control method according to claim 2, wherein in the reporting step, information regarding the current magnitude of the virtual viscosity coefficient is reported.
前記ロボットアームの先端側に設置されるエンドエフェクターと、
前記ロボットアームに加わる力を検出する検出部と、
前記ロボットアームの先端側に設定された制御点の速度の情報および加速度の情報を取得する取得部と、
前記制御点が第１位置から第２位置に移動するように、動作プログラムに基づいて前記ロボットアームに対して力制御を行う制御部と、
前記力制御を行っている際、前記ロボットアームが外力を受けることによって、前記制御点が前記第２位置から前記第１位置に向かって移動する跳ね返り状態が生じたか否かを判定する判定部と、を備え、
前記判定部は、以下の条件Ａ、条件Ｂおよび条件Ｃを満足した場合、前記跳ね返り状態が生じたと判定し、前記条件Ａ、前記条件Ｂおよび前記条件Ｃの１つでも満足しない場合、前記跳ね返り状態が生じていないと判定することを特徴とするロボットシステム。
条件Ａ：前記制御点の前記第１位置から前記第２位置に向かう方向の速度成分が第１閾値よりも小さい。
条件Ｂ：前記制御点の前記第１位置から前記第２位置に向かう方向の加速度成分が第２閾値よりも小さい。
条件Ｃ：前記第２位置から前記第１位置に向かう方向の力成分の大きさが第３閾値よりも大きい。 robot arm and
an end effector installed on the tip side of the robot arm;
a detection unit that detects a force applied to the robot arm;
an acquisition unit that acquires velocity information and acceleration information of a control point set on the tip side of the robot arm;
a control unit that performs force control on the robot arm based on an operation program so that the control point moves from a first position to a second position;
a determination unit that determines whether or not a rebound state in which the control point moves from the second position toward the first position occurs due to the robot arm receiving an external force during the force control; , comprising:
The determination unit determines that the rebound state has occurred when the following conditions A, B, and C are satisfied, and determines that the rebound state has occurred when any one of the conditions A, B, and C is not satisfied. A robot system characterized by determining that a state does not occur.
Condition A: A velocity component of the control point in a direction from the first position to the second position is smaller than the first threshold.
Condition B: An acceleration component of the control point in a direction from the first position to the second position is smaller than the second threshold.
Condition C: The magnitude of the force component in the direction from the second position toward the first position is greater than the third threshold.
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